水平定向鉆進管線鋪設(shè)工法(共13頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上非開挖水平定向鉆進管線鋪設(shè)工法1. 前 言工程建設(shè)中地下管道施工通常采用明挖和非開挖進行，明挖施工在城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中通常受場地、交通、環(huán)境保護等因素制約多數(shù)無法進行；非開挖敷設(shè)管道技術(shù)在近年得到廣泛的應(yīng)用。由于它不需要開挖面層便能穿越地面建筑物和地下管線及公路、鐵路、河道。這項技術(shù)的快速發(fā)展也使城市供水、燃氣、電力、通信、排水工程施工時，對城區(qū)的交通、噪音、粉塵的危害和影響大大降低。非開挖進行管線鋪設(shè)施工中，頂管施工需建鋼筋混凝土工作井、接收井，工序多，工期長，造價高，并存在較大安全風(fēng)險；而采用非開挖水平定向鉆進技術(shù)進行管線施工，能縮短工期，降低工程成本。是真正的安

2、全、無污染、高效率的施工技術(shù)，目前水平定向鉆進穿越地面及障礙物鋪設(shè)管線技術(shù)正在我國蓬勃發(fā)展，為更好的推廣該工藝，公司在水平定向鉆進管線鋪設(shè)的工程實踐中，通過與安徽建工學(xué)院合作對設(shè)備局部改進，使該技術(shù)更適合多種復(fù)雜地質(zhì)條件施工，并最終形成了一套高效的鋪設(shè)工法。為適用砂僵土中快速高效定向鉆進技術(shù)，在凹槽擴孔鉆頭基礎(chǔ)上進行改進，研發(fā)了砂僵土專用定向螺旋型鉆頭，具有如下特征：鉆頭整體采用標(biāo)準(zhǔn)螺旋型，具有切削和擴孔雙重功能；鉆頭刀片采用矩形切削刀；鉆頭前端設(shè)置梅花型噴射水眼，有利于保護砂僵土管道內(nèi)壁；在鉆頭上設(shè)置3道凹槽流線，極利于砂僵土形成的泥漿流動以及鉆頭冷卻。砂僵土專用定向螺旋型鉆頭，可減小擴孔阻

3、力，提高切削刀在砂僵土中的耐磨性能和鉆進效率，達到快速高效定向鉆進效果。圖1 螺旋型鉆頭2.工 法 特 點2.1采用非開挖水平定向鉆進技術(shù)，地上功能正常使用：穿過公路、鐵路、機場可不阻斷；穿過河流可保證河流通暢、不阻斷通航、有利于排洪等。 2.2環(huán)保型施工：由于采用非開挖技術(shù)，減少了大量工程土的堆放，對環(huán)境影響最小。減少了地面開挖、恢復(fù)造成的浪費。2.3縮短工期，節(jié)約工程成本：采用非開挖鉆孔施工速度快，地上工程保護好，極大地節(jié)約了建設(shè)成本。 2.4節(jié)省勞力，安全可靠：與明挖開槽埋管相比較，明顯減少了勞動力。定向鉆機上配置鉆桿自動裝卸系統(tǒng)，定長的鉆桿排列在一個“傳送盤”上，使增加或卸下鉆桿的操作

4、可以在鉆孔作業(yè)不停的狀態(tài)下完成，加快了施工效率，施工安全，減輕了勞動強度等。3. 適 用 范 圍水平定向鉆進法的適用范圍為：管徑為3001500mm；管線長度最大可達1500m，管材為鋼管、PE管等。主要應(yīng)用于穿越河流和水渠、街道、高速公路、鐵路、機場跑道、海灘、島嶼、建筑物擁擠的地方、管線通道和運河等的石油、天然氣、自來水、污水管線及其它流體的管線鋪設(shè)和電力與電訊電纜的導(dǎo)管鋪設(shè)等。4. 工 藝 原 理1.采用矩形切削刀，提高在砂僵土中的耐磨性能；2.鉆頭整體采用標(biāo)準(zhǔn)螺旋型，具有切削和擴孔雙重功能，到達減小擴孔阻力，提高鉆進效率；3.鉆頭前端設(shè)置梅花型噴射水眼，有利于保護砂僵土管道內(nèi)壁；4.在

5、鉆頭上設(shè)置3道凹槽流線，極利于砂僵土形成的泥漿流動以及鉆頭的冷卻，提高擴孔效率。將定向鉆機設(shè)在地面上，在不開挖土壤的條件下，采用探測儀導(dǎo)向，在不同地層和深度控制鉆桿鉆頭方向，達到設(shè)計軸線的要求，先用導(dǎo)向鉆具鉆進小口徑的導(dǎo)向孔，然后用回擴鉆頭經(jīng)多次擴孔，拖拉管道回拉就位，完成管道敷設(shè)。5.工藝流程及操作要點5.1水平定向鉆軌跡設(shè)計與原理導(dǎo)向孔軌跡設(shè)計是在管線剖面圖基礎(chǔ)上，設(shè)計出鉆孔的最佳曲線。根據(jù)開挖的工作坑、接收坑結(jié)合設(shè)計井位，按照設(shè)計管道水力坡度標(biāo)高來設(shè)計鉆進軌跡。不僅需要考慮避開穿越區(qū)域的地下管線，還要考慮到水文地質(zhì)、地面環(huán)境、鋪設(shè)管道的管徑材質(zhì)、穿越長度深度、鉆機的性能等因素。管道施工的

6、軌跡要滿足設(shè)計要求，必須考慮入土點、出土點的斜直段、曲線段長度，嚴(yán)格控制水平穿越段各點標(biāo)高。一般作業(yè)標(biāo)高控制以每根鉆桿為一個控制點，按設(shè)計管道水力坡度出鉆進軸線上軌跡標(biāo)高。入射角度根據(jù)已知數(shù)據(jù)計算，8-20°的入、出土角適用于大多數(shù)的穿越工程。如果單從施工的順利程度考慮，在產(chǎn)品管線埋設(shè)深相同的前提下，造斜距離越長則軌跡曲線越平緩，有利于后續(xù)管的順利回拖。5.2施工藝流程水平定向鉆進穿越鋪設(shè)施工普遍采用：首先鉆進導(dǎo)向孔，然后擴孔，最后回拉鋪管的施工技術(shù)，工藝如下圖：圖2 水平定向鉆進鋪設(shè)管線施工工藝5.3操作要點5.3.1施工準(zhǔn)備1施工主要設(shè)備及拖拉管材料選擇根據(jù)地質(zhì)和設(shè)計管徑大小情況

7、，選擇合適型號的水平定向鉆機；管材的強度及環(huán)剛度必須滿足設(shè)計和施工階段的荷載要求。2測量監(jiān)測 布設(shè)監(jiān)測點 量測地面、管線監(jiān)測點，及時反饋信息，指導(dǎo)鉆進施工技術(shù)參數(shù)的調(diào)整。環(huán)境監(jiān)測。定時監(jiān)測周邊建筑、道路裂縫、水位等信息變化，及時直接預(yù)警、控制沉降量。3 開挖工作坑和鉆屑池根據(jù)設(shè)計的導(dǎo)向孔軌跡，在距離檢查井經(jīng)計算好的距離處開挖一個入口工作坑，在距末檢查井經(jīng)計算好的距離處開挖一個出口工作坑，欲鋪設(shè)的管線直徑大，則出口坑必須延長成適合管道平直回拖的長槽。鉆屑池位于入口坑附近，用于收集從入口坑流入的鉆屑泥漿，市區(qū)也可用泥漿罐車。對于地表始鉆式鉆機錨固在地表，出入口工作大小坑視管線埋深和管徑適當(dāng)調(diào)整。而

8、坑內(nèi)始鉆式鉆機的工作坑，因需要利用坑的前、后壁承受鉆進中的給進力和回拉力，則必須對坑壁進行加強和支護。5.3.2導(dǎo)向孔與鉆進施工常用的孔內(nèi)控制鉆進方向的機構(gòu)稱為導(dǎo)向鉆頭，他在鉆頭底唇面采用非平衡結(jié)構(gòu)設(shè)計，鉆頭唇面是一個斜面，當(dāng)鉆頭連續(xù)回轉(zhuǎn)時鉆進直孔；保持鉆頭朝某個方向不回轉(zhuǎn)加壓時，則使鉆孔發(fā)生偏斜，鉆進斜孔。 鉆桿 探頭盒（內(nèi)裝探頭） 鴨嘴板圖3 導(dǎo)向鉆頭1 工作坑內(nèi)安放導(dǎo)向鉆具。檢查測量儀器，探頭電池的絕緣性能，以防漏電。2將探頭裝入探頭盒內(nèi)，打開接收機和同步顯示器，檢查轉(zhuǎn)動探頭盒。將探頭盒與造斜鉆頭接好并連接在鉆桿上，開機輸送鉆進液，檢查鉆頭噴嘴。3鉆桿放入導(dǎo)向鉆機，就位，使鉆桿在設(shè)計軸線

9、上。逐節(jié)鉆進，直至將鉆桿鉆入拖管坑。鉆進過程中用無線手持式測量儀跟蹤監(jiān)測，嚴(yán)格控制鉆頭軌跡，沿設(shè)計軸線前進，如偏差大于規(guī)定要求立即調(diào)整。4鉆桿線性與速度控制。鉆桿線性直接關(guān)系到鉆進的速度及孔外壓力變化，施工中保持鉆桿線性并控制鉆進速度，控制地面沉降量在較小范圍內(nèi)。5灌漿壓力控制。在不同土層中穿越做好泥漿的調(diào)配，施工中控制灌漿壓力(一般在5Kg內(nèi))。即保證施工效果，又減少地表沉降量。5.3.3成孔與泥漿護壁 (1)鉆井液。水平定向鉆機鉆進中，鉆井液用于穩(wěn)固孔壁、降低回轉(zhuǎn)扭矩和拉管阻力、冷卻鉆頭和發(fā)射探頭、清除鉆進產(chǎn)生的土屑等，它被視為導(dǎo)向鉆進的“血液”。一般采用優(yōu)質(zhì)膨潤土制備。(2)鉆進液循環(huán)。

10、鉆進時鉆進液會從另一邊的上口返出，這時要使用兩套泥漿循環(huán)系統(tǒng)處理，或運走泥漿，減少環(huán)境污染。5.3.4擴孔施工：導(dǎo)向孔成型后，取下導(dǎo)向鉆頭，接上反擴鉆頭、分動器，即可進行回拖擴孔。在拖管坑一端的鉆桿上，依次裝上不同規(guī)格的擴孔器，利用導(dǎo)向鉆機回拉鉆桿進行擴孔，直至將土孔擴大至設(shè)計孔徑。 圖4 擴孔鉆頭5.3.5拖拉管施工 擴孔完成后，即可拉入需鋪設(shè)的成品管。管子預(yù)先全部連接妥當(dāng)，以利于一次拉入。當(dāng)?shù)貙忧闆r復(fù)雜，如：鉆孔縮徑或孔壁垮塌，可能對分段拉管造成困難。拉管時，將擴孔器接在鉆桿上，然后通過單動接頭連接到管子的拉頭上，單動接頭可防止管線與擴孔器一起回轉(zhuǎn)，并擰壞管線。為確保鉆孔暢通，回拉時，可向

11、孔內(nèi)泵入潤滑液。 圖5 拖拉管施工5.3.6注漿加固地基為了避免地面沉降，提高地基土的承載力（或預(yù)防管涌并隔斷水源），拉管完成后需要進行注漿加固。拉管施工前在管線前端連接兩根與PE管同長度的25鋼管,與管線一同拉入土中并一同到達拉管設(shè)計終點樁號。到達終點后，解除25鋼管與管線的連接，在兩根鋼管前面各加一根6長同直徑的注漿花管。每拽入6，把鋼管和拉管機的連接取消，換成和高壓注漿泵連接。注入1：1水泥、粉煤灰漿液（0.4Mpa），從而置換觸變泥漿，補充管線周圍的空隙。然后再換再拉，再拉再注，反復(fù)進行。直到把鋼管全部拉出，注漿結(jié)束。6 施 工 技 術(shù)6.1工程設(shè)計計算611軌跡測量 一旦選擇確定了施

12、工位置，就應(yīng)該對鉆孔軌跡作測量并準(zhǔn)備詳細的圖紙。鉆孔軌跡和基準(zhǔn)線的最后精度取決于測量資料的精度6.1. 2軌跡設(shè)計參數(shù)：1覆蓋深度 完成巖土勘察，確定了穿越的軌跡，就可確定穿越的覆蓋深度，需要考慮的因素包括鉆孔施工對地面道路、建筑物或河流的影響，以及對該位置已有的管線的影響。推薦穿越的最小覆蓋深度大于鉆孔最終擴孔直徑的6倍以上；在穿越河床時，應(yīng)在河床斷面最低處之下5m米以上。2鉆孔軌跡控制 鉆進導(dǎo)向孔時，每23m應(yīng)進行一次測量計算。3鉆孔直徑計算 根據(jù)導(dǎo)向孔與適合成品管鋪設(shè)孔的直徑大小和地層情況，擴孔可一次或多次進行。最終擴孔直徑按下式計算： K1適合成品管鋪設(shè)的鉆孔直徑 成品管外徑K1經(jīng)驗系

13、數(shù)，一般K1=1.21.5，當(dāng)?shù)貙泳|(zhì)完整時，K1取小值，當(dāng)?shù)貙訌?fù)雜時，K1取大值。4 拉力計算拉力計算: F拉=(G+ G×)×n G-管道總重量在X方向的分量 -摩擦系數(shù) n-安全系數(shù)經(jīng)計算確定所選用拉管機能能否承受承受該拉力。6.2 設(shè)備儀器6.2.1水平定向鉆機 可分為兩類：地表始鉆式和坑內(nèi)始鉆式。地表始鉆式鉆機通常為履帶式，可依靠自己的動力自行走進入工地。鋪設(shè)新管時它們不需要發(fā)射坑和接受坑，但管線連接時仍需要開挖。地表發(fā)射鉆機有幾種樁定方式將鉆機錨固在地上，性能完善的鉆機樁定系統(tǒng)可以是液壓驅(qū)動的。 圖6 地表始鉆式鉆機坑內(nèi)始鉆式在鉆孔的兩端都需要挖坑，但可在空間受

14、限的地方操作。一些設(shè)計更緊湊的鉆機的發(fā)射坑，可只比接管所需的坑稍大一點就行?？觾?nèi)發(fā)射鉆機固定在發(fā)射坑中，利用坑的前、后壁承受給進力和回拉力。一些地表發(fā)射鉆機是整裝式的，載有鉆進液用攪拌池和泵，以及動力輔助裝置、閥和控制系統(tǒng)；也有采用攪拌池和泵等設(shè)備分離配置的。鉆進液通過鉆桿柱內(nèi)孔泵送到鉆頭，再從鉆桿與孔壁的環(huán)空內(nèi)返回，并把破碎下來的鉆屑攜帶至過濾系統(tǒng)進行分離和再循環(huán)。鉆機，尤其是地表發(fā)射鉆機，配置有一個鉆桿自動裝卸系統(tǒng)，定長的鉆桿裝在一個“傳送盤”上，隨鉆進或回擴的過程而自動從鉆桿柱上加、減鉆桿，這種操作與一個自動的螺紋擰緊和卸開裝置配合進行。由于鉆桿自動裝卸系統(tǒng)加快施工速度、提高施工安全和減

15、小勞動強度。6.2.2導(dǎo)向系統(tǒng)導(dǎo)向系統(tǒng)有幾種類型：最常用的“手持式(walk-over)”系統(tǒng)和有纜式導(dǎo)向系統(tǒng) “手持式(walk-over)”系統(tǒng)（如下圖4），它以一個裝在鉆頭后部空腔內(nèi)的探測器或探頭為基礎(chǔ)。探頭發(fā)出的無線電信號由地面接收器接收，除了得到地下鉆頭的位置和深度外，傳輸?shù)男盘栠€往往包括鉆頭傾角、斜面面向角、電池電量和探頭溫度。這些信息轉(zhuǎn)送到鉆機附屬接受器上，以使鉆機操作者可直接掌握孔內(nèi)信息，從而據(jù)此作出任何有必要的軌跡調(diào)整。有纜式導(dǎo)向系統(tǒng)用通過鉆桿柱的電纜從發(fā)射器向控制臺傳送信號。雖然纜線增加了復(fù)雜性，但由于不依靠無線電傳送信號，對鉆孔的導(dǎo)向就可以跨越任何地形，并且可以用于受電磁

16、干擾的地方。圖7 手持式(walk-over)導(dǎo)向系統(tǒng)6.3鉆進液鉆進液通常是鉆進泥漿。鉆進泥漿的功能主要是維持鉆孔的穩(wěn)定性。另外，泥漿還有攜帶鉆屑、冷卻鉆頭、噴射鉆進等功能。管道與孔壁環(huán)狀空間里的鉆進液還有懸浮和潤滑作用，有利于管道的回拖。鉆進泥漿經(jīng)泥漿泵泵入鉆桿，從鉆頭噴射出來，在經(jīng)鉆桿與孔壁的環(huán)狀間隙還回地面。鉆進液是一種由清水+膨潤土+少量的聚合物+處理劑的混合物。膨潤土是常用的泥漿材料，它是一種無害的泥漿材料。鉆進液應(yīng)在專用的攪拌池中配制。從鉆孔中返回的泥漿需經(jīng)泥漿沉淀池或泥漿凈化設(shè)備處理后，再送回供漿池，或與新泥漿混合后再使用。8質(zhì) 量 控 制8.1水平定向鉆進鋪設(shè)管線施工施工應(yīng)執(zhí)

17、行下列規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)城市地下管線探測技術(shù)規(guī)程 CJJ 61-94水平定向鉆進技術(shù)指南 成功中型定向鉆進施工指南 水平鉆進安全操作指南 水平定向鉆進鋪設(shè)管線鋪設(shè)工程技術(shù)規(guī)范 8.2施工前通過全站儀沿地面上拉管的中心線每3米設(shè)置一樁（有障礙物的除外），并沿拉管的中心線撒好白灰線且測出樁高程，算好樁高程與設(shè)計管線流水面的關(guān)系，確保流水坡度準(zhǔn)確。8.3操作人員遵守制造商推薦的標(biāo)準(zhǔn)化程序，有助于提高深度測量的準(zhǔn)確性。8.4管線在孔內(nèi)拉動的過程中受重力的作用，會發(fā)生管道下沉現(xiàn)象，因此導(dǎo)向鉆進的鉆進點選擇在略高于設(shè)計管中線的地方，以減低管道自重對高程的影響。8.5為防止泥漿流失造成塌孔，應(yīng)保持在整個鉆進過程中有

18、“返漿”，并根據(jù)地質(zhì)情況的變化及時調(diào)整鉆液配比以產(chǎn)生的不同泥漿。8.6施工場地開闊是，應(yīng)盡量降低入土和出土角度，以降低拖拉管的摩擦力。8.7拉頭應(yīng)與管線連接牢固，密封嚴(yán)密。8.8拉管機操作人員要根據(jù)設(shè)備數(shù)據(jù)均勻平穩(wěn)的牽引管道，切不可生拉硬拽。8.9用管線封套將管頭密封嚴(yán)密，防止泥漿進入管線。9. 安 全 控 制9.1在開始工作前和施工期間，應(yīng)對所有參加施工的工地工作人員做安全技術(shù)交底，特殊工種持證上崗；9.2在工作開始前向當(dāng)?shù)毓玫叵鹿芫€部門查詢，了解施工區(qū)域的地下管線情況：提前防范高壓電纜、燃氣、輸油、光纜、供水等地下危險，9.3嚴(yán)格用電管理，現(xiàn)場臨時電線路按規(guī)范要求布設(shè)，必須由持證的專職電

19、工上崗操作，采用三相五線制供電系統(tǒng)，各類電器設(shè)備均安設(shè)安全保險裝置，嚴(yán)格執(zhí)行一機一閘一保護。9.4在工地和交通道路上設(shè)置警示標(biāo)志。工地處于交通路段，工人應(yīng)穿上醒目的安全服或其它的防護衣。9.5最好使用有防電能力的安全帽、護眼罩、絕緣手套、防護面具等防護裝備。不戴首飾和穿寬松的衣服，以免被機器卷入或牽絆。9.6使用鉆桿不要超出生產(chǎn)廠家允許的最大扭矩和拉應(yīng)力。9.7如果遇到鉆進突然減慢或停止，應(yīng)確定是否碰到障礙物，然后再進行鉆進作業(yè)。9.8穿越道路、橋梁和建筑物等的基礎(chǔ)時，應(yīng)意識到鉆進液液壓作用的危險，這些建筑物有升或降的可能。10. 環(huán) 保 措 施10.1 健立健全環(huán)保管理組織機構(gòu)，編制環(huán)境保護

20、措施，對施工存在的污染源進行評估，確定工程施工環(huán)節(jié)存在的污染源的等級，重大污染源制定防治預(yù)案并編制演練計劃。10.2 防揚塵措施1.專人負責(zé)現(xiàn)場及道路灑水防塵工作，施工便道定時灑水，保證道路有車輛通行時不揚塵且無水洼、泥漿。2. 進入施工現(xiàn)場車速放慢，防止揚塵；嚴(yán)禁超載且車廂遮蓋嚴(yán)密，防止水泥、石灰以及其他易飛的材料灑落或細小顆粒材料的飛揚。3. 禁止車輛帶泥上路。4.嚴(yán)格執(zhí)行城市市容、環(huán)保部門的規(guī)定。 10.3 防止施工噪聲污染措施對施工噪聲進行嚴(yán)格控制，減少舊設(shè)備的使用，夜間嚴(yán)禁使用大功率設(shè)備，以便最大限度的減少人為施工噪聲。10.4泥漿處理大量的泥漿通常在工程結(jié)束時才進行處理，處理的經(jīng)濟性依現(xiàn)場具體情況而定。泥漿可做如下處理：1在另一鉆進點再次使用；2撒布到未開發(fā)的土地提高水土保持；3用排污車排放到垃圾場。11.效 益 分 析10.1 經(jīng)濟效益在我公司近期采此工法鋪設(shè)的管道工程施工中，因無需拆遷、不阻斷交通縮短了施工工期，避免明挖帶來的大方量土方挖填及基坑防護等費用，有效降低了項目管理總成本。砂礓土專用鉆頭與傳統(tǒng)鉆頭施工相比每200米一次成孔工期縮短4天，極大的降低了人工成本，縮短了工期。10.2 社會效益運用此項先進技術(shù)，成功的完成了*縣城市春店路污水管鋪設(shè)工程、*縣世紀(jì)大道、向陽西路城